Методика выделения инженерно-геологических элементов для вычисления нормативных и расчетных характеристик грунтов

Методика выделения инженерно-геологических элементов для вычисления нормативных и расчетных характеристик грунтов

Для студентов очного отделения специальности 25.00.08

 

Автор - составитель:

 

к. г.-м. н., доцент кафедры «Инженерной геологии и охраны недр» Ядзинская М.Р.

 

 

 

 

Пермь, 2018

Содержание

Введение. 3

Методы выделение инженерно-геологических элементов. 3

Геолого-статистический метод. 5

Работа с Microsoft office Excel, программирование формул в Excel 14

Представление результатов матстатистики показателей физико-механических свойств грунтов как отдельного приложения отчета об инженерно-геологических изысканиях. 17

 

Введение

Проектирование оснований включает выбор:

1. типа основания (естественное или искусственное);

2. типа, конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, столбчатые, плитные и др.; железобетонные, бетонные, бутобетонные и др.);

3. мероприятий, необходимых для уменьшения влияния деформаций оснований на эксплуатационную пригодность сооружений.

Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: первой - по несущей способности и второй - по деформациям. Оптимальная конструкция фундамента контролируется величиной осадки грунтового основания и несущей способностью грунтов.

Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего трения, удельное сцепление, модуль деформации грунтов, предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов и т.п.). Эти показатели называются расчетными. Для получения расчетных показателей проводятся инженерно-геологические изыскания.

Как правило, в сфере взаимодействия сооружения и основания находится ни один слой, а несколько слоев разного литологического состава, значительно отличающихся по своим свойствам. Например, модуль деформации песка в несколько раз выше, чем у глин. Для этого грунты, находящиеся в активной зоне разбивают на однородные слои, которые и называются инженерно-геологическим элементом (ИГЭ).

За ИГЭ принимают некоторый объем грунта одного и того же происхождения и вида при условии, что значения характеристик грунта изменяются в пределах элемента случайно (незакономерно) либо наблюдающаяся закономерность такова, что ею можно пренебречь. ИГЭ наделяют постоянными нормативными и расчетными значениями характеристик.

Предварительное выделение ИГЭ.

На первом этапе необходимо выяснить генезис грунтов, которыми сложена площадка изысканий. Согласно данным архивных материалов и по опубликованной литературе площадка изысканий сложена комплексом четвертичных отложений алювиально-делювиального генезиса.

Определение происхождения грунтов зачастую сводится к тому что мы должны определить геоморфологическое положение площадки и установить какие геологические процессы протекали в районе исследования. Так, например, если площадка находится в пределах надпойменной террасы, но грунты слагающие ее аллювиального происхождения.

По происхождению грунты могут быть:

Аллювиальные – отложения, формирующиеся постоянными водными потоками речных долин.

Делювий (от лат. deluo — смываю), делювиальные отложения, наносы, образующиеся у подножия и на нижних частях склонов возвышенностей в результате смывания разрушенных горных пород с верхних частей этих склонов дождевыми потоками и талыми снеговыми водами, а также под влиянием силы тяжести, морозного сдвига и текучести грунта (солифлюкция). Продукты выветривания, составляющие делювий, имеют разнообразный состав (от глин и песков до крупных валунов) и характеризуются слабой отсортированностью.

Элювий – продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте своего образования.

Пролювий (от лат. proluo - выношу течением) (пролювиальные отложения) - продукты разрушения горных пород, выносимые водными (временными) потоками к подножиям возвышенностей.

Коллювий (от лат colluvio — скопление, беспорядочная груда), обломочный материал, накопившийся на склонах гор или у их подножий путем перемещения с расположенных выше участков под влиянием силы тяжести (осыпи, обвалы, оползни) и движения оттаивающих, насыщенных водой продуктов выветривания в областях распространения многолетнемёрзлых горных пород.

Рис. 4. Схема расположения экзогенных отложений

На втором этапе для выделения ИГЭ необходимо определить с учетом лабораторных испытаний, какие виды и разновидности грунтов присутствует на исследуемой территории. Для этого согласно ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация», полевым данным и лабораторным исследованиям даем номенклатуру грунта, которая заносится с таблицу физико-механических свойств грунтов (см. табл. 1.1). В ходе выполнения этой работы выяснилось, что на исследуемом участке присутствуют следующие разновидности грунтов:

1. глина полутвердая;

2. суглинок полутвердый, мягкопластичный и текучепластичный.

По результатам проведенной работы на данной площадке предварительно можно выделить 4 ИГЭ;

ИГЭ 1 Глина полутвердая (edQ)

ИГЭ 2 Суглинок полутвердый (edQ)

ИГЭ 3 Суглинок мягкопластичный (edQ)

ИГЭ 4 Суглинок текучепластичный (edQ)

Окончательное выделение ИГЭ проводят на основе оценки характера пространственной изменчивости (3 этап) характеристик грунтов и их коэффициента вариации. При этом необходимо установить, изменяются характеристики грунтов в пределах предварительно выделенного ИГЭ случайным образом или имеет место их закономерное изменение в каком-либо направлении (чаще всего с глубиной).

Для выделения ИГЭ наряду с физическими и механическими характеристиками грунтов могут использоваться фиксируемые в опытах величины или показатели, получаемые с помощью зондирования и других экспресс-методов.

 

 

 

                                                                     Рис. 5. План расположения скважин на площадке изысканий

 

Таблица 1

Таблица физико-механических свойств грунт

№ п/п	Номер ИГЭ	Наименование и № выработки	Глубина отбора проб, м.	Природная влажность, д.е.	Влажность на границе текучести, д.е.	Влажность на границе раскатывания, д.е.	Число пластичности, д.е.	Показатель текучести, д.е.	Плотность грунта, г/см^3	Плотность частиц грунта, г/см^3	Плотность сухого грунта, г/см^3	Пористость, %	Коэффициент пористости	Коэффициент водонасыщения, д.е.	Коэффициент сжимаемости, 1/МПа	Компрессионный модуль деформации, Е,МПа	Коэффициент внутр. трения, tg φ°	Угол внутреннего трения, φ, градус	Удельное сцепление, c, кПа	ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ							Номенклатура грунта
																				песок					пыль	глина
																				2-1	1,0-0,5	0,5-0,25	0,25-0,10	0,10-0,05	0,05-0,005	< 0,005
1	2	с-1	1,5	0,215	0,336	0,175	0,161	0,248	1,96	2,72	1,61	40,69	0,686	0,852	0,31	3,2					0,05	2,75	11,15	9,35	50,90	25,80	суглинок тяжелый пылеватый полутвердый
2	4	с-1	2,5	0,267	0,286	0,174	0,112	0,830	1,95	2,71	1,54	43,21	0,761	0,951	0,39	2,5	0,28	16	11		0,00	0,10	2,30	24,96	55,17	17,47	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
3	3	с-1	3,5	0,235	0,277	0,156	0,121	0,653	1,95	2,71	1,58	41,74	0,716	0,889			0,28	16	16		0,00	0,40	3,60	23,75	56,34	15,91	суглинок тяжелый пылеватый мягкопластичный
4	4	с-1	4,5	0,287	0,303	0,185	0,118	0,864	1,92	2,71	1,49	44,95	0,817	0,952	0,36	2,9	0,32	18	12		0,00	0,05	0,85	20,52	63,49	15,09	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
5	3	с-1	5,5	0,263	0,296	0,172	0,124	0,734	1,93	2,71	1,53	43,61	0,773	0,922							0,00	0,30	1,95	19,14	65,11	13,50	суглинок тяжелый пылеватый мягкопластичный
6	4	с-1	7,5	0,283	0,299	0,182	0,117	0,863	1,93	2,71	1,50	44,49	0,802	0,956							0,00	0,05	1,50	17,46	65,46	15,53	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
7	4	с-1	8,5	0,279	0,302	0,185	0,117	0,803	1,95	2,71	1,52	43,74	0,777	0,973							0,00	0,60	2,70	21,27	62,73	12,70	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
8	1	с-3	1,0	0,204	0,345	0,170	0,175	0,194	1,98	2,72	1,64	39,54	0,654	0,848	0,28	2,9					0,00	1,30	6,55	10,69	54,79	26,67	глина легкая пылеватая полутвердая
9	1	с-3	1,5	0,220	0,360	0,180	0,180	0,222	1,99	2,71	1,63	39,81	0,661	0,902							0,00	0,78	5,33	15,30	52,89	25,70	глина легкая пылеватая полутвердая
10	1	с-3	2,0	0,203	0,372	0,177	0,195	0,133	1,98	2,73	1,65	39,71	0,659	0,841	0,29	2,8					0,00	1,65	7,85	4,80	57,20	28,50	глина легкая пылеватая полутвердая
11	1	с-3	2,5	0,218	0,359	0,180	0,179	0,212	1,99	2,74	1,63	40,37	0,677	0,882							0,00	1,53	6,15	5,25	59,30	27,77	глина легкая пылеватая полутвердая
12	4	с-3	5,0	0,275	0,277	0,167	0,110	0,982	1,95	2,71	1,53	43,56	0,772	0,965							0,00	2,10	10,10	21,90	51,99	13,91	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
13	4	с-3	6,5	0,260	0,270	0,160	0,110	0,909	1,94	2,71	1,54	43,19	0,760	0,927							0,00	0,85	4,75	22,94	56,34	15,12	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
14	1	с-4	1,0	0,225	0,365	0,179	0,186	0,247	1,93	2,73	1,58	42,29	0,733	0,838	0,25	2,8	0,30	17	30		0,00	2,00	10,30	5,45	53,99	28,26	глина легкая пылеватая полутвердая
15	1	с-4	1,5	0,225	0,370	0,181	0,189	0,233	1,95	2,71	1,59	41,26	0,702	0,869							0,00	2,38	11,65	9,87	55,20	20,90	глина легкая пылеватая полутвердая
16	1	с-4	2,0	0,215	0,361	0,176	0,185	0,211	1,92	2,73	1,58	42,12	0,728	0,806	0,32	2,7	0,26	15	30		0,00	1,20	8,30	9,22	52,22	29,06	глина легкая пылеватая полутвердая
17	1	с-5	1,0	0,209	0,345	0,174	0,171	0,205	1,99	2,72	1,65	39,49	0,653	0,871	0,30	2,7					0,00	2,80	11,35	10,54	52,22	23,09	глина легкая пылеватая полутвердая
18	1	с-5	1,5	0,219	0,358	0,180	0,178	0,219	1,97	2,71	1,62	40,37	0,677	0,877							0,00	2,05	10,25	15,80	53,14	18,76	глина легкая пылеватая полутвердая
19	1	с-5	2,0	0,229	0,383	0,184	0,199	0,226	1,95	2,73	1,59	41,88	0,721	0,867	0,37	2,3					0,05	1,85	7,35	10,88	53,20	26,67	глина легкая пылеватая полутвердая
20	3	с-5	2,7	0,170	0,205	0,133	0,072	0,514	1,97	2,69	1,68	37,41	0,598	0,765	0,15	7,4					0,05	14,95	50,55	8,25	19,85	6,35	суглинок легкий пылеватый мягкопластичный
21	4	с-5	3,0	0,285	0,294	0,169	0,125	0,928	1,93	2,71	1,50	44,58	0,804	0,961							0,00	0,75	3,95	17,90	57,02	20,38	суглинок тяжелый пылеватый текучепластичный
22	4	с-5	5,0	0,284	0,287	0,174	0,113	0,973	1,91	2,71	1,49	45,11	0,822	0,936							0,00	0,60	3,10	18,29	62,31	15,70	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
23	2	с-6	1,0	0,199	0,287	0,169	0,118	0,254	2,01	2,71	1,68	38,14	0,617	0,874							0,00	2,50	8,40	18,43	54,79	15,88	суглинок легкий пылеватый тугопластичный
24	3	с-6	2,0	0,273	0,325	0,167	0,158	0,671	1,91	2,72	1,50	44,84	0,813	0,913	0,34	3,0					0,00	3,20	12,10	13,00	50,03	21,67	суглинок тяжелый пылеватый мягкопластичный
25	4	с-6	3,1	0,240	0,244	0,150	0,094	0,957	2,00	2,70	1,61	40,26	0,674	0,961							0,05	8,80	24,20	22,84	31,76	12,35	суглинок легкий песчанистый текучепластичный
26	4	с-6	6,0	0,321	0,356	0,199	0,157	0,777	1,88	2,72	1,42	47,68	0,911	0,958							0,00	0,65	4,95	11,79	63,70	18,91	суглинок тяжелый пылеватый мягкопластичный
27	4	с-6	7,5	0,318	0,357	0,190	0,167	0,766	1,88	2,71	1,43	47,37	0,900	0,958							0,00	1,25	6,55	13,06	61,14	18,00	суглинок тяжелый пылеватый мягкопластичный
28	3	с-9	5,5	0,285	0,320	0,182	0,138	0,746	1,93	2,71	1,50	44,58	0,804	0,961							0,00	0,10	2,05	18,63	63,90	15,32	суглинок тяжелый пылеватый мягкопластичный
29	4	с-136(арх)	1,7	0,240	0,260	0,150	0,110	0,818	1,92	2,70	1,55	42,65	0,744	0,871	0,24	4,3	0,40	22	5		0,35	12,50	20,20	21,69	34,94	10,32	суглинок легкий песчанистый текучепластичный
30	4	с-136(арх)	2,5	0,320	0,350	0,200	0,150	0,800	1,85	2,72	1,40	48,47	0,941	0,925	0,40	2,8	0,32	18	7		0,15	1,80	4,35	20,65	47,64	25,41	суглинок тяжелый пылеватый текучепластичный
31	4	с-136(арх)	4,0	0,310	0,340	0,190	0,150	0,800	1,85	2,71	1,41	47,89	0,919	0,914							0,10	0,65	3,75	22,45	53,20	19,85	суглинок тяжелый пылеватый текучепластичный
32	4	с-136(арх)	5,0	0,270	0,270	0,170	0,100	1,000	2,08	2,70	1,64	39,34	0,649	1,123	0,28	3,3	0,40	22	3		0,00	0,90	13,70	19,50	49,23	16,67	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
33	4	с-136(арх)	6,0	0,280	0,280	0,150	0,130	1,000	2,02	2,70	1,58	41,55	0,711	1,063			0,32	18	5		0,00	1,35	10,30	19,17	51,71	17,47	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
34	4	с-136(арх)	7,0	0,290	0,290	0,180	0,110	1,000	2,04	2,70	1,58	41,43	0,707	1,107	0,33	3,0	0,40	22	5		0,05	2,45	16,35	27,95	41,29	11,91	суглинок легкий песчанистый текучепластичный
35	2	с-136(арх)	8,0	0,205	0,250	0,170	0,080	0,438	2,01	2,70	1,67	38,22	0,619	0,894							0,05	16,50	34,00	16,90	23,82	8,73	суглинок легкий пылеватый тугопластичный
36	2	с-137(арх)	1,0	0,240	0,310	0,180	0,130	0,462	1,92	2,71	1,55	42,86	0,750	0,867							0,00	1,05	10,20	28,41	45,25	15,09	суглинок тяжелый пылеватый тугопластичный
37	2	с-137(арх)	2,0	0,160	0,210	0,140	0,070	0,286	1,95	2,69	1,68	37,51	0,600	0,717							0,00	20,30	45,95	11,52	14,29	7,94	суглинок легкий песчанистый тугопластичный
38	2	с-137(арх)	3,0	0,210	0,270	0,170	0,100	0,400	1,94	2,71	1,60	40,84	0,690	0,825							0,20	0,25	2,50	31,15	52,40	13,50	суглинок легкий пылеватый тугопластичный
39	4	с-137(арх)	5,5	0,270	0,280	0,180	0,100	0,900	1,93	2,70	1,52	43,72	0,777	0,938							0,00	1,45	8,50	32,09	48,43	9,53	суглинок легкий песчанистый текучепластичный

Продолжение табл. 1

№ п/п	Номер ИГЭ	Наименование и № выработки	Глубина отбора проб, м.	Природная влажность, д.е.	Влажность на границе текучести, д.е.	Влажность на границе раскатывания, д.е.	Число пластичности, д.е.	Показатель текучести, д.е.	Плотность грунта, г/см^3	Плотность частиц грунта, г/см^3	Плотность сухого грунта, г/см^3	Пористость, %	Коэффициент пористости	Коэффициент водонасыщения, д.е.	Коэффициент сжимаемости, 1/МПа	Компрессионный модуль деформации, Е,МПа	Коэффициент внутр. трения, tg φ°	Угол внутреннего трения, φ, градус	Удельное сцепление, c, кПа	ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ							Номенклатура грунта
																				песок					пыль	глина
																				2-1	1,0-0,5	0,5-0,25	0,25-0,10	0,10-0,05	0,05-0,005	< 0,005
40	2	с-138(арх)	1,0	0,220	0,270	0,170	0,100	0,500	1,90	2,70	1,56	42,32	0,734	0,809							0,20	3,80	31,05	26,04	28,59	10,32	суглинок легкий пылеватый тугопластичный
41	2	с-138(арх)	2,0	0,210	0,260	0,170	0,090	0,444	1,96	2,70	1,62	40,01	0,667	0,850							0,30	8,00	21,35	25,27	32,55	12,53	суглинок легкий пылеватый тугопластичный
42	4	с-138(арх)	3,0	0,280	0,300	0,180	0,120	0,833	1,90	2,71	1,48	45,23	0,826	0,919	0,37	2,9	0,40	22	8		0,00	0,50	2,25	26,58	55,14	15,53	суглинок тяжелый пылеватый текучепластичный
43	4	с-138(арх)	4,0	0,280	0,300	0,190	0,110	0,818	1,93	2,71	1,51	44,36	0,797	0,952							0,00	0,35	1,90	12,00	72,60	13,15	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
44	4	с-138(арх)	5,0	0,270	0,290	0,180	0,110	0,818	1,96	2,71	1,54	43,05	0,756	0,968							0,00	0,75	4,25	25,92	55,58	13,50	суглинок легкий пылеватый текучепластичный
45	4	с-138(арх)	6,0	0,280	0,290	0,170	0,120	0,917	1,96	2,71	1,53	43,50	0,770	0,985	0,27	3,8	0,40	22	8		0,05	1,50	4,00	29,34	48,44	16,67	суглинок тяжелый пылеватый текучепластичный
46	4	с-138(арх)	7,0	0,280	0,290	0,170	0,120	0,917	1,94	2,71	1,52	44,07	0,788	0,963							0,05	0,60	5,05	28,40	57,15	8,75	суглинок тяжелый пылеватый текучепластичный
47	4	c-140(арх)	3,0	0,300	0,300	0,170	0,130	1,000	2,01	2,70	1,55	42,74	0,746	1,086	0,30	3,5	0,34	19	6		0,00	0,55	3,00	24,20	61,93	10,32